JP2001091261A - 振動ジャイロ - Google Patents
振動ジャイロInfo
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Abstract
する諸問題の発生を抑制し、装置の小型化や出力信号の
安定化を可能とする振動ジャイロを提供する。 【解決手段】 振動ジャイロは振動子1を含む。振動子
1は、振動体2と2つの検出手段3a,3bを備える。
検出手段3a,3bは配線パターン7a,7bを介して
バッファアンプ4a,4bの入力と接続される。配線パ
ターン7a,7bは負荷抵抗RL を経て基準電位Vr
ef に接続される。バッファアンプ4a,4bの出力
は加算回路5と差動回路6に入力される。加算回路5の
出力信号は駆動回路へ帰還され、差動回路6の出力信号
は角速度検出信号として次段へ出力される。そして、ド
リブンシールドの駆動信号源として、2つの検出手段3
a,3bの加算信号である加算回路5の出力を用い、加
算回路5の出力段とバッファアンプ4a,4bの入力段
との間にドリブンシールド10が接続される。
Description
し、特に、圧電型の振動ジャイロに関するものである。
に振動体が音片形状のタイプと音叉形状のタイプがあ
る。また、圧電型の振動ジャイロに用いられる振動子
は、振動体自体が圧電セラミックスからなり検出部や駆
動部として電極膜を形成してなるタイプと、振動体が恒
弾性金属等の機械的な振動を生ずる部材からなり検出部
や駆動部として圧電素子を形成してなるタイプがある。
角速度が印加された際に発生するコリオリ力に起因した
振動子の屈曲変位を、圧電体で電気信号に変換して、回
路処理により回転角速度に比例した電気出力として得て
いた。
ら出力される検出信号の回路処理の従来例を、図3を用
いて説明する。
1は、振動体2と2つの検出手段3a,3bを備える。
2つの検出手段3a,3bは、それぞれ、配線パターン
7a,7bを介してバッファアンプ4a,4bの入力段
と接続される。また、配線パターン7a,7bは、それ
ぞれ、負荷抵抗RL を経て基準電位Vref に接続さ
れる。バッファアンプ4aの出力段は加算回路5と差動
回路6に入力され、同様に、バッファアンプ4bの出力
段は加算回路5と差動回路6に入力される。そして、加
算回路5の出力信号は駆動回路(図示せず)へ帰還さ
れ、差動回路6の出力信号は角速度検出信号として次段
の検出信号処理回路(図示せず)へ出力される。
来の振動ジャイロには、次のような問題があった。
号の処理回路においては、振動子1に接続される配線パ
ターン7a,7bとグランド(あるいは基準電位)間に
ストレー容量Csa,Csbがそれぞれ発生している。
子1の形状が大きく圧電効果により得られる電気信号が
大きい場合は特に影響がなかったが、近年の振動子1の
形状の小型化に伴い、検出手段である圧電素子の容量は
低減し、前記ストレー容量の影響が無視できなくなり、
2つの検出手段3a,3bからの出力信号のレベルのバ
ラツキや位相のバラツキなどが発生していた。
a,Csbを等しくすることにより抑制することが可能
であるが、ストレー容量を等しくするためには、2つの
検出手段3a,3bとバッファアンプ4a,4bを接続
する配線パターン7a,7bを、同じ長さ、同じ幅、そ
して、対称な配線パターン形状に形成する必要がある。
形状を形成するには、パターン設計に制約が多く発生
し、回路基板の形状の小型化を阻害する要因となってい
た。
成された回路基板を振動ジャイロ装置に組み込んだ場
合、回路パターンと装置の筐体などの回路外の要素との
間で新たにストレー容量が発生し、回路に影響を及ぼし
ていた。
・湿度など)が変化した場合にもストレー容量が変化
し、振動子からの出力信号が変化してしまっていた。
点を解消するためになされたもので、ストレー容量バラ
ツキやストレー容量に起因する諸問題の発生を抑制し、
装置の小型化や出力信号の安定化を可能とする振動ジャ
イロを提供することにある。
に、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、この回路構成に
ドリブンシールド回路技術を適用し、ストレー容量の発
生自体を抑えることにより、振動ジャイロの特性バラツ
キを低減する構成を発明した。
は、複数の検出手段を有する振動子、複数の検出手段で
検出される複数の検出信号がそれぞれ入力される複数の
増幅手段を備え、検出手段と増幅手段とを接続する接続
手段が、増幅手段の出力によりドリブンシールドされる
ことを特徴とし、特に、検出手段は、圧電効果により発
生する信号を検出信号として検出し出力することを特徴
としている。
数の検出手段で出力される複数の検出信号がそれぞれ入
力される複数の増幅手段、複数の増幅手段から出力され
る増幅信号が加算される加算手段を備え、検出手段と増
幅手段とを接続する接続手段が、前記加算手段から出力
される加算信号によりドリブンシールドされることを特
徴とし、特に、加算手段は、加算した信号を、1/(加
算した信号の数)の増幅率で増幅して出力することを特
徴としている。
状に差があったとしても、増幅手段入力段に接続される
見かけ上のストレー容量はほぼゼロとなる。
手段のそれぞれとほぼ同一の振幅を有するようになり、
加算手段の出力信号を用いて回路の信号入力部分である
接続手段をドリブンシールドすることが可能となる。
を参照して詳細に説明する。なお、従来例と同一の構成
については同一番号を付し、その説明を省略する。
振動ジャイロの回路構成説明図を示す。振動ジャイロは
振動子1を含む。振動子1は、振動体2と2つの検出手
段3a,3bを備える。
とおり、音叉形状や音片形状いずれでもよく、振動体2
の材質もエリンバなどの恒弾性金属やチタン酸鉛などを
主成分とする圧電セラミックスなど、機械的振動を発生
するものであればよい。ここで、振動体2を金属で構成
すれば、検出手段3a,3bとしては、厚み方向に分極
された板状の圧電素子が用いられ、振動体2を圧電セラ
ミックスで構成すれば、検出手段3a,3bとしては電
極が用いられる。
接続手段としての配線パターン7a,7bを介して増幅
手段としてのバッファアンプ4a,4bの入力と接続さ
れる。また、配線パターン7a,7bは、それぞれ、負
荷抵抗RL を経て基準電位Vref に接続される。バ
ッファアンプ4aの出力は加算手段としての加算回路5
と差動回路6に入力され、同様に、バッファアンプ4b
の出力は加算回路5と差動回路6に入力される。そし
て、加算回路5の出力信号は駆動回路(図示せず)へ帰
還され、差動回路6の出力信号は角速度検出信号として
次段の検出信号処理回路(図示せず)へ出力される。
うとする課題でも述べたとおり、振動子1に接続される
配線パターン7a,7bと基準電位Vref 間にスト
レー容量が発生するため、ドリブンシールド回路技術を
備える構成となっている。それを以下に説明する。
ンスを持つオペアンプ等の増幅器の入力安定性を高める
ために、ガード電極として採用される技術であり、増幅
器の入力部と入力部周辺の基準電位との間に発生するス
トレー容量やリーク電流を防止する回路技術である。
の回路構成では、ドリブンシールドの駆動信号源とし
て、2つの検出手段3a,3bの加算信号である加算回
路5の出力を用い、加算回路5の出力段とバッファアン
プ4a,4bの入力段との間にドリブンシールド10が
接続され、破線で囲まれるバッファアンプの入力段4
a,4bがシールドされる構成となっている。
手段3a,3bの出力信号の和をとるだけではなく、1
/2の増幅率を有することにより、2つの検出手段3
a,3bからそれぞれ出力される出力信号の振幅とほぼ
同じ振幅を有する加算信号を出力する回路となってい
る。
算回路5の出力段1ヶ所の信号をドリブンシールドの駆
動源として、2つのバッファアンプ4a,4bの入力段
となる2つの配線パターン7a,7bについてドリブン
シールドすることが可能となり、回路の簡略化が達成さ
れる。
動ジャイロの回路構成説明図を図2に示す。図1に示す
第1の実施の形態に係る振動ジャイロの回路構成説明図
と同一の構成箇所については同一番号を付し、その説明
を省略する。
駆動源が、個々のバッファアンプ4a,4bの出力段と
なり、これらの出力段からそれぞれ対応する個々のバッ
ファアンプ4a,4bの入力段に2つのドリブンシール
ド10,10が接続される構成となっている。
施の形態と比較して、ドリブンシールドの駆動源が2ヶ
所になる分、回路が複雑になるが、ストレー容量を抑制
する効果は、第1の実施の形態と同等の効果が得られ
る。
施の形態に限定するものでなく、たとえば、ドリブンシ
ールド10の回路構成も、前記実施の形態に示した構成
に特に限定されるものではない。
軸方向角速度検出用の振動ジャイロにおいては、複数の
検出手段に対応してドリブンシールドが構成され、特
に、加算回路の出力をドリブンシールドの駆動源にする
場合は、加算回路の増幅率は、1/(加算回路が加算す
る信号の数)として構成されればよい。
ロでは、ストレー容量はほぼゼロとなるように抑えられ
るため、ストレー容量に起因する諸問題が解消される。
量差の発生を考慮した回路のパターニングや構造設計が
不要となり、設計の自由度が向上し、振動ジャイロの小
型化も可能となる。
レー容量差の変化が発生せず、よっって、振動子の出力
信号の変化も振動子固有の特性による変化のみとなり、
振動ジャイロ出力信号の環境による影響が小さくなると
ともに、振動子固有の特性による変化であることから、
他の回路での補正も容易となり、より安定した信頼性の
高い振動ジャイロの出力信号が得られる。
てドリブンシールドする構成とすると、個々の増幅手段
から出力することが不要となり、これにより、回路をI
C化した場合にピンの数を減らすことが可能となり、ま
た、各々のドリブンシールド回路の回路パターンが同電
位であることから、パターン設計の自由度が向上し、一
層の小型化と設計コストの低減が達成される。
の回路構成説明図である。
の回路構成説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 複数の検出手段を有する振動子、前記複
数の検出手段で検出される複数の検出信号がそれぞれ入
力される複数の増幅手段、を備え、前記検出手段と前記
増幅手段とを接続する接続手段が、前記増幅手段の出力
によりドリブンシールドされることを特徴とする、振動
ジャイロ。 - 【請求項2】 前記検出手段は、圧電効果により発生す
る信号を検出信号として検出し出力することを特徴とす
る請求項1に記載の振動ジャイロ。 - 【請求項3】 複数の検出手段を有する振動子、前記複
数の検出手段で出力される複数の検出信号がそれぞれ入
力される複数の増幅手段、前記複数の増幅手段から出力
される増幅信号が加算される加算手段、を備え、前記検
出手段と前記増幅手段とを接続する接続手段が、前記加
算手段から出力される加算信号によりドリブンシールド
されることを特徴とする、振動ジャイロ。 - 【請求項4】 前記加算手段は、加算した信号を、1/
(加算した信号の数)の増幅率で増幅して出力すること
を特徴とする、請求項3に記載の振動ジャイロ。 - 【請求項5】 前記検出手段は、圧電効果により発生す
る信号を検出信号として検出し出力することを特徴とす
る請求項3または4に記載の振動ジャイロ。
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